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RÉSUMÉ
Les phages sont probablement les entités biologiques les plus diversifiées et abondantes sur Terre. Ces virus de procaryotes représentent une manne biotechnologique conséquente qui a été exploitée dès leur découverte en 1915. Ces applications touchent des secteurs industriels extrêmement variés comme l'agronomie, l'agroalimentaire, le biomédical et tant d'autres en devenir. Cet article propose de revenir sur le succès biotechnologique des phages. Tout d'abord l'accent sera donné sur les raisons de ce succès, c’est-à-dire, "l'inventivité" biologique et écologique des phages. Par la suite, un tour d'horizon des différentes applications biotechnologies concrètes sera exposé.
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Florian LELCHAT : Directeur scientifique Leo viridis, Plouzané, France
INTRODUCTION
Les phages, ou bactériophages, sont des virus de procaryotes. Ce sont des entités biologiques qui requièrent de détourner la machinerie cellulaire de leurs hôtes pour accomplir leur cycle de réplication. Les phages sont intimement liés aux caractéristiques écophysiologiques de leurs hôtes. De ce fait, ils ont développé différentes stratégies au cours de leur évolution afin de maintenir un équilibre dynamique hôte/virus nécessaire à leur survie. Ce potentiel adaptatif s’est révélé particulièrement inventif et très intéressant d’un point de vue biotechnologique. Dès leurs premières descriptions, les phages ont trouvé des applications biotechnologiques dans des secteurs industriels clefs comme l’agronomie, l’agroalimentaire, le secteur biomédical sous la forme de stratégies alternatives aux biocides tant en biocontrôle qu’en curatif. Ils ont également été exploités comme plateforme de bioprocédés (exemple : phage display) ou comme source de biomolécules innovantes (exemple : enzymes). Cependant, au bout d’un siècle, la place des phages dans les biotechnologies demeure encore restreinte au regard de leur réel potentiel. Les raisons en sont nombreuses. À titre d’exemple, si l’on s’intéresse à l’utilisation des phages comme outils sanitaires (thérapie phagique ou biocontrôle), le caractère « biologique » des phages est à la fois leur grande force mais également leur plus grande faiblesse. Un avantage indéniable par rapport à un biocide chimique est leur nature autoréplicative qui ne nécessite pas d’effet dose/réponse. Néanmoins, l’efficacité de l’approche requiert de parfaitement maîtriser le processus de propagation, ce qui est bien plus complexe que dans le contexte de l’utilisation d’un agent purement chimique. Cet article expose dans un premier temps les raisons du potentiel biotechnologique des phages en s’intéressant à leurs caractéristiques biologiques et écologiques. Par la suite, des exemples d’exploitations biotechnologiques concrets sont étudiés dans divers secteurs industriels.
ADNdb : ADN double brin
ADNsb : ADN simple brin
ARNdb : ARN double brin
ARNsb : ARN simple brin
CAZyme : Carbohydrate Active enZyme
CBD : Cell Binding Domain (domaine de liaison à la cellule)
Cd : Constante d’adsorption
CFU · m–2 : Colony Forming Unit (nombre de colonies formées par m2)
dp : degré de polymérisation d’un polymère
EPS : ExoPolySaccharide
LPS : LipoPolySaccharide
MOI : Multiplicity Of Infection (multiplicité d’infection, nombre de phages pour un hôte)
pb : paire de bases nucléiques complémentaires
PCR : Polymerase Chain Reaction
PFU · mL–1 : Plaque Forming Unit en phages par mL
RBP : Receptor Binding Protein (protéine de liaison au recepteur PLR)
TEM (ou MET) : Transmission Electron Microscopy (Microscope Electronique à Transmission)
VPR : Virus to Prokaryote Ratio (ratio moyen virus/procaryote)
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4. Conclusion/prospective
Bien que déjà conséquent, le potentiel biotechnologique des phages est probablement à l’heure actuelle toujours à peine entrevu. De nombreuses applications restent encore à développer, qu’elles soient le fruit d’une problématique microbiologique ou tout simplement de l’exploitation ingénieuse d’une de leurs caractéristiques constitutives. L’étendue des possibles est incommensurable. Des secteurs industriels entiers sont en demande de solutions biotechnologiques alternatives dans lesquelles les phages pourraient très facilement s’intégrer. À titre d’exemple, les problèmes d’encrassements biologiques ou de biocorrosion dans le domaine de l’énergie (Oil & Gas, géothermie, tours de refroidissement, Exploration & Production, stockage du CO2…), de biodégradation (biocarburants, protection patrimoniale), sont des thématiques dans lesquels le biocontrôle phagique apporterait des solutions innovantes, efficaces et surtout écoresponsables en comparaison de l’usage actuel et souvent irraisonné de biocides systémiques. De même, l’apport des phages sur la qualité sanitaire des eaux a été envisagé et représenterait une solution de remplacement idéale à la chloration massive tout en empêchant la survenue d’efflorescences bactériennes mais aussi cyanobactériennes et le relargage de cyanotoxines souvent lié. En agronomie, l’utilisation de bactéries starter lysogéniques pourrait permettre de prévenir les crashs bactériens fréquemment générés par la présence d’un phage lytique dans la matrice laitière. En agriculture, la greffe de mycorhizes est une pratique qui commence à se généraliser afin de restaurer la fertilité des sols. Ces greffes pourraient être protégées des bactéries antagonistes par l’ajout de phages dans une matrice à relargage lent de type biopolymère.
Grâce à leur échelle de taille et leur grande modularité protéique facilement contrôlable par ingénierie génétique, les phages sont également de...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - D’HÉRELLE (F.) - Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles dysentériques. - CR Acad. Sci. Paris, 165, p. 373-375 (1917).
-
(2) - MULLINS (N.C.) - The development of a scientific specialty : the phage group and the origins of molecular biology. - Minerva, p. 51-82 (1972).
-
(3) - SALMOND (G.P.), FINERAN (P.C.) - A century of the phage : past, present and future. - Nature Reviews Microbiology, 13(12), p. 777-786 (2015).
-
(4) - LWOFF (A.), SIMINOVITCH (L.), KJELDGAARD (N.) - Induction of the production of bacteriophages in lysogenic bacteria. - In Annales de l’Institut Pasteur, vol. 79, n° 6, p. 815-859, déc. 1950.
-
(5) - FREEMAN (V.J.) - Studies on the virulence of bacteriophage-infected strains of Corynebacterium diphtheriae. - Journal of bacteriology, 61(6), p. 675 (1951).
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...
ANNEXES
1.1 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
PHERECYDES PHARMA http://www.pherecydes-pharma.com
LEO VIRIDIS http://www.leoviridis.fr
Eligo Bioscience https://eligo.bio/
CLEAN CELLS http://www.clean-cells.com
Centre de référence pour les virus bactériens Félix d’Hérelle, GREB, Pavillon de Médecine Dentaire Université Laval, QC, Canada, G1V 0A6 http://www.phage.ulaval.ca
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